离心风机噪声预测方法的进展与分析.pdf

2011年第39卷第7期
流体机械
文章编号:1005-0329(2011)07-0035-06
技术进展
离心风机噪声预测方法的进展与分析
徐辰,杨爱玲,毛义军
1.上海理工大学,上海200093;2.西安交通大学,陕西西安710049)
摘要:分別对离心风机气动噪声和振动噪声预測方法的研究现状进行了总结分析,指出了需要进一步开展的相关研
究工作。
关键词:离心风机;噪声;数值预测
中图分类号:TH432
文献标识码:A
doi:10.3969/j.issn.1005-0329.2011.07.008
Review and Analysis on the Prediction Method of Centrifugal Fan Noise
XU Chen, YANG Ai-ling,MAO Yi-jun
(1. University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2. Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China
Abstract: The advancement and current state of the prediction method of centrifugal fan noise are reviewed in terms of aerod
namic noise and vibrational noise, respectively, and some sugestions for the further researches are proposed
Key words: centrifugal fan; noise; numerical prediction
前言
办了3届。国内对风机相关的气动噪声研究也逐
步受到重视,2008年和2009年分别有3项相关
随着国民经济和社会发展,工作和居住环境的研究受到国家自然科学基金委员会的资助。
噪声越来越受到关注。2008年10月1日国家颁
关于风机噪声研究进展的综述已经存在些
布实施了3套新的强制性标准,对工业企业和居相关的文献,如 Ineise对20世纪90年代以前离心
民生活环境噪声的排放要求做了严格的规风机噪声控制的一些经验方法进行了系统的总
定到。然而,近年来风机噪声扰民的报道愈来结,毛义军等对风机、压缩机气动噪声的产
愈多,如工业生产中大型除尘设备,居民生活生机理模型、预测方法和控制技术进行了综
中空调和供暖锅炉等场合应用的离心风机噪声问述。本文主要从风机的气动噪声和振动噪声
题尤其突出°?,严重影响了人们正常的生产和的预测方法两个方面概括近年来的部分工作和进
生活。据《中国风机行业发展分析报告》建议,我展。需要说明的是,气动声学的研究方法主要分
国今后开展风机研究的主要课题第一条是“高为直接模拟方法和混合计算方法两种。本文主要
效、低噪声风机的理论研究”。
对 Lighthill声比拟理论的计算方法进行概述。
国内外对风机噪声的研究近年来成为热点。
例如,2010年在第159届美国声学学会的年会第2风机气动噪声预测方法
一次将风机噪声列为单独的分会主题进行讨论,
此外,关于风机噪声的专题研讨会已经在欧洲举
典型的离心风机结构如图1所示。轴向进
收稿日期:2010-12
FLUID MACHINERY
Vol.39,No.7,2011
气气流经转向流动后径向进入离心叶轮,在叶道动噪声的影响?,in等采用三维URNS方程和
内形成非定常流动,而且受到流体粘性、旋转产生 lowson公式预测了离心风机叶轮和蜗壳激发的
的哥氏力和叶片及轮盖壁面较大曲率半径的共同偶极子噪声,然后又采用大涡模拟方法(LES)
影响,气流在叶片吸力面和轮盖壁面很容易形成分别结合FW~H方程和涡声理论对离心风机的
流动分离现象。分离后的低速流体被叶道内高速偶极子和四极子源噪声进行了研究。上述卓
主流携带到叶轮出口形成沿周向和展向都不均匀有成效的工作推动了研究人员对离心风机噪声产
分布的射流一尾迹流动模式,叶轮出口气流对蜗生机理的理解。
売壁面尤其是蜗舌部位形成强烈的冲击。在气流
此外,在前期研究中,毛义军曾经采用壁面压
通过风机流道的过程中,由于叶轮一蜗壳位势和力脉动的时间偏导作为偶极子源强度的判定依
流体粘性的双重影响,诱发了流体的湍流运动以据,将其应用于离心风机噪声源位置的判定,
及在叶轮壁面和蜗壳壁面的压力脉动。
而且此方法也被王军等和u等分别应用于前向
多翼离心风机和电脑散热用轴流风病的噪声源判
壁面流动分离
别中2325
由于风机蜗壳和叶轮壁面的存在,非定常流
动激发的噪声并不是在自由空间内传播,机壳内
流体诱发振动
部声源激发的噪声在叶轮和蜗壳内壁面上发生多
观察点
次反射和散射后最终通过风机进出口向外辐射,
蜗壳壁面振动激发的向外辐射噪声则会受到蜗壳
諸辐射
外壁面的反射和散射影响。声波在不规则曲面的
多次反、散射过程,使得风机噪声的实际声场与自
由空间下的辐射声场存在很大的不同。
FW-H方程基于可压缩 Navier- Stokes方程
图1离心风机结构、流动和声波传播示意
推导得到,其中四极子源项是唯一的物理声源项,
风机内部强烈的非定常流动形成气动噪声,偶极子和单极子源项分别表征的是固体边界的散
Lighthill声比拟理论将其分为单极子源(叶轮体积射和运动效应对气动噪声传播的影响。FW-H
源)、偶极子源(叶轮和蜗壳壁面气动力源)和四极方程要求流场的求解必须考虑流体的可压缩性,
子源(内部流动的湍流应力源)噪声三种类型。以以获得声学脉动量在内的近场声源信息。但是风
往大量的研究表明作用在叶轮和蜗壳壁面的非定机内部的非定常流场一般通过求解不可压缩
常气动力是离心风机最主要的气动噪声源?。 Navier- Stokes方程得到,因此,FW-H方程的源
对风机噪声的数值研究大部分采用混合计算项中仅能表征非线性不可压缩流动诱发的脉动而
气动声学方法( Hybrid CAA),即首先求解风机内缺失流体可压缩性诱发的声波波动。在这种情况
部非定常不可压流动获取声源信息,然后采用下将自由空间Gren函数直接应用于FW-H方
Lowson公式、 Curle方程、FW-H方程或涡声理论程中求解风机辐射的噪声,必须偎设风机的儿何
求解远场辐射的噪声。例如Cho等采用二维尺寸满足声学紧凑结构特征的要求,即必须忽略
Navier- Stokes方程和 Curle方程预测了贯流风机蜗壳反射散射和衍射对高频段声波传播的影响。
蜗舌部位激发的偶极子源噪声31,Jeon等采用
但是早在1976年 Moreland就通过实验证实
二维离散涡方法(DVM)和 Lowson公式求解后向了蜗壳腔体结构对声波反射及散射会使得某些频
离心叶轮一尖劈模型激发的气动噪声并验证率上向外辐射的声功率大大增强。然而在数
Weidemann提出的声学相似定律3?, Younsi等值研究方面,只有很少一部分学者研究了蜗売结
应用三维非定常 Reynolds时均 Navier- Stokes构对声波散射的影响。如Jeon研究离心叶轮和
(URNS)方程和FW-H方程预测了前向多翼离尖劈模型的非定常流场和声场分布